JPH02264839A - Differential capacitance type pressure sensor and protection thereof from excesive pressure - Google Patents
Differential capacitance type pressure sensor and protection thereof from excesive pressureInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、静電容量変動を利用して圧力変動を検出す
る圧力センサに係り、より詳細には、負荷される圧力の
変化により湾曲変位するシリコンオン−シリコン（ｓｉ
ｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｓｉｌｉｃｏｎ）型ダイヤフラムを
用いてセンサ容量を変化させ、この静電容量変化により
負荷された圧力を測定する圧力センサに関する。また、
さらに詳細には、この発明は、上記圧力センサが、ジェ
ットエンジン又は自動重用エンジンの排気システム内に
おいてバツクファイヤによる過圧力を負荷されたとき、
又は爆発性ガスの点火時において過圧力を負荷されたと
き、又は他の状況において瞬間的な過圧力を負荷された
ときに、これを保護するための機能を有する圧力センサ
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a pressure sensor that detects pressure fluctuations using capacitance fluctuations, and more specifically, the present invention relates to a pressure sensor that detects pressure fluctuations using capacitance fluctuations. silicon-on-silicon (si
The present invention relates to a pressure sensor that changes sensor capacitance using a silicon-on-silicon (licon-on-silicon) type diaphragm and measures applied pressure based on the change in capacitance. Also,
More specifically, the present invention provides that when the pressure sensor is loaded with overpressure due to backfire in the exhaust system of a jet engine or an automatic heavy duty engine,
The present invention also relates to a pressure sensor that has a function to protect against overpressure when an explosive gas is ignited, or when instantaneous overpressure is applied in other situations.
［従来の技術］
容量型圧力センサは、従来より知られており、航空宇宙
技術等をはじめ他の多くの分野において用いられている
。これらの分野においては、通常、センサを相当に小型
化することが要求されており、例えば、約８ミリメータ
四方（８ｍｍ ｘ ８ｍｍ）程度のものが要求され
ている。このように小型なセンサとして、シリコンから
成る容量型圧カドランスデューサが知られている。[Prior Art] Capacitive pressure sensors have been known for a long time and are used in many other fields including aerospace technology. In these fields, it is usually required that sensors be made considerably smaller, for example, on the order of about 8 millimeters square (8 mm x 8 mm). As such a small sensor, a capacitive pressure quadrature transducer made of silicon is known.
米国特許第３，６３４，７２７号に開示されるシリコン
容量型圧カドランスデューサにおいては、中心に開口部
を有する一対の導電性シリコンプレ−トが共晶金属ボン
ドにより接続されている。シリコンプレートは、負荷さ
れる流体圧力により湾曲して上記開口部間の容量を変化
させ、圧力の大きさを示す容量信号を生起する。従って
、この種の圧カドランスデューサは、負荷される圧力に
よりダイヤフラムとして機能するシリコンプレートをた
わませ、この流体圧力の関数としてのシリコンプレート
のたわみにより、シリコンプレート間の距離を変化させ
、シリコンプレートを可変コンデンサの電極板として機
能させることにより負荷される圧力を測定するように構
成されている。In a silicon capacitive pressure quadrature transducer disclosed in U.S. Pat. No. 3,634,727, a pair of conductive silicon plates having an opening in the center are connected by a eutectic metal bond. The silicon plate bends under applied fluid pressure, changing the capacitance between the openings and producing a capacitance signal indicative of the magnitude of the pressure. Therefore, this kind of pressure quadrangle transducer deflects the silicon plate acting as a diaphragm due to the applied pressure, and the deflection of the silicon plate as a function of this fluid pressure causes the distance between the silicon plates to change and the silicon The plate is configured to function as an electrode plate of a variable capacitor to measure the applied pressure.
容債型圧カセンサ又はトランスデユーサの他の例として
、本件出願人所有に係る米国特許第４゜５３０．０２９
号、同第４，５１７．６２２号、同第４，５１３．３４
８号、同第４，４６７．３９４号、同第４，４６３，３
３６号、同第４．４１５．９４８号及び同第４，４０５
，９７０号等に開示された構成のものがあり、上記シリ
コン圧力センサ又はトランスデユーサの他の構成もまた
開示されている。Another example of a pressure sensor or transducer is commonly owned U.S. Pat. No. 4,530,029.
No. 4,517.622, No. 4,513.34
No. 8, No. 4,467.394, No. 4,463,3
No. 36, No. 4.415.948 and No. 4,405
, 970, and other configurations of the silicon pressure sensor or transducer described above are also disclosed.
小さな差圧を測定できる圧力センサを提供することは、
特定の分野、例えば、航空宇宙技術等の分野において極
めて重要な課題である。しかしながら、センサに大きな
過圧が負荷される状況下において小さな差圧を静電容量
変化として検出して周波数出力を正確に生起することは
極めて困難なことであると同時に極めて重要なことであ
る。従って、センサがジェットエンジン又は自動車用エ
ンジンの排気システム内におけるパックファイヤ、爆発
性ガスの点火、又は他の高圧力下に配されて大きな過圧
力を負荷される場合には、センサを特別な構成とするこ
とが必要とある。Providing a pressure sensor that can measure small differential pressures is
This is an extremely important issue in certain fields, such as aerospace technology. However, it is extremely difficult and extremely important to detect small differential pressures as capacitance changes and accurately generate a frequency output under conditions where the sensor is loaded with large overpressures. Therefore, if the sensor is subjected to large overpressures due to a packfire, ignition of explosive gases, or other high pressure conditions in the exhaust system of a jet or automobile engine, the sensor must be specially configured. It is necessary to do so.
［発明が解決しようとする課題］
そこで、本発明の目的は、大きな過圧力が瞬間的に負荷
される状況下においても使用可能な差動容量型圧力セン
サを提供することにある。[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, an object of the present invention is to provide a differential capacitance type pressure sensor that can be used even under a situation where a large overpressure is instantaneously applied.
［課題を解決するための手段］
上記及び上記以外の目的を達成するために、本発明の第
１の構成によれば、
差動容量型圧力センサであって、
測定される第１の圧力が導入される圧力ポートを有する
第１の導電性シリコンベースと、該第１の導電性シリコ
ンベースの前記圧力ポートに対向する外側面を有し、該
外側面に負荷される前記第１の圧力の変化に応じて湾曲
変位可能であるとともに、導電性、可撓性及゛び弾性を
有する第１のシリコンダイヤフラムと、
前記第１のシリコンベースと前記第１のシリコンダイヤ
フラム間に配されて、前記第１のシリコンベースと前記
第１のシリコンダイヤフラムを連結する外壁を形成する
非導電性の第１のスペーサと、
測定される第２の圧力が導入される圧力ポートを有する
第２の導電性シリコンベースと、該第２の導電性シリコ
ンベースの前記圧力ポートに対向する外側面を有し、該
外側面に負荷される前記第２の圧力の変化に応じて湾曲
変位可能であるとともに、導電性、可撓性及び弾性を有
する第２のシリコンダイヤフラムと、
前記第２のシリコンベースと前記第２のシリコンダイヤ
フラム間に配されて、前記第２のシリコンベースと前記
第２のシリコンダイヤフラムを連結する外壁を形成する
非導電性の第２のスペーサと、
前記第１及び第２のシリコンダイヤフラム間に配されて
、前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムを相互に所
定距離離間して平行に配するように連結する非導電性の
第３のスペーサとから成り、該第３のスペーサと前記第
１及び第２のシリコンダイヤフラムにより真空排気され
た基準室が画成されるとともに、
前記圧力ポートを介して前記第１及び第２のシリコンダ
イヤフラムの前記外側面に負荷される前記第１及び第２
の圧力の変化により前記第１及び第２のシリコンダイヤ
フラムが湾曲変位し、これにより前記センサの静電容量
が変化し、前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムの
少なくとも一方に過圧力が負荷されたときに、該一方の
シリコンダイヤフラムが他方のシリコンダイヤフラムに
当接し、これにより、前記一方のシリコンダイヤフラム
に所定値を越える剛性が付与され、前記他方のシリコン
ダイヤフラムが前記一方のシリコンダイヤフラムに対し
て支持手段として機能するように構成される、
ことを特徴とする差動容量型圧力センサが提供される。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above and other objects, a first configuration of the present invention provides a differential capacitance pressure sensor, in which the first pressure to be measured is a first conductive silicone base having a pressure port to be introduced; and an outer surface facing the pressure port of the first conductive silicone base, the first pressure being applied to the outer surface; a first silicon diaphragm capable of bending in response to changes, and having conductivity, flexibility, and elasticity; a first silicon diaphragm disposed between the first silicon base and the first silicon diaphragm; a first non-conductive spacer forming an outer wall connecting a first silicon base and said first silicon diaphragm; and a second conductive silicon having a pressure port into which a second pressure to be measured is introduced. a base, and an outer surface facing the pressure port of the second conductive silicone base, which is capable of bending and displacing in response to changes in the second pressure applied to the outer surface; , a second silicon diaphragm having flexibility and elasticity, disposed between the second silicon base and the second silicon diaphragm to connect the second silicon base and the second silicon diaphragm. a non-conductive second spacer forming an outer wall; and disposed between the first and second silicon diaphragms so that the first and second silicon diaphragms are spaced apart from each other by a predetermined distance and arranged in parallel. a non-conductive third spacer connected in such a manner that an evacuated reference chamber is defined by the third spacer and the first and second silicon diaphragms; The first and second silicon diaphragms are loaded onto the outer surfaces of the first and second silicon diaphragms.
The change in pressure caused the first and second silicon diaphragms to bend and displace, thereby changing the capacitance of the sensor, and overpressure was applied to at least one of the first and second silicon diaphragms. At times, the one silicon diaphragm abuts the other silicon diaphragm, thereby imparting rigidity exceeding a predetermined value to the one silicon diaphragm, and the other silicon diaphragm is supported with respect to the one silicon diaphragm. Provided is a differential capacitance pressure sensor configured to function as a means.
また、本発明の第二の構成によれば、
測定される第１の圧力が導入される圧力ポートを有する
第１の導電性シリコンベースと、前記第１の圧力が負荷
される外側面を有し、該外側面に負荷される前記第１の
圧力の変化に応じて湾曲変位可能な第１の導電性シリコ
ンダイヤフラムと、
前記第１のシリコンベースと前記第１のシリコンダイヤ
フラムとを連結する非導電性の第１のスペーサと、
前記第１のシリコンダイヤフラムの前記外側面と反対側
の面と関連して形成される真空排気された基準室とを有
し、
前記第１のシリコンダイヤフラムが前記外側面に負荷さ
れる前記第１の圧力の変化により湾曲変位することによ
り、その静電容量が変化する差動容量型圧力センサの対
過圧力保護方法であって、測定される第２の圧力が導入
される圧力ポートを有する第２の導電性シリコンベース
を設ける工程と、
前記第２のシリコンベースの前記圧力ポートに対向する
外側面を有し、該外側面に負荷される前記第２の圧力の
変化に応じて湾曲変位可能な第２の導電性シリコンダイ
ヤフラムを設ける工程と、前記第２のシリコンベースと
前記第２のシリコンダイヤフラム間に配されて、前記第
２のシリコンベースと前記第２のシリコンダイヤフラム
を連結する外壁を形成する非導電性の第２のスペーサを
設ける工程と、
前記第１及び第２のシリコンダイヤフラム間に配されて
、前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムを相互に所
定距離離間して平行に配するように連結するとともに、
前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムと協働して真
空排気された基準室を画成する非導電性の第３のスペー
サを設ける工程と、
首記圧カポートを介して前記第１及び第２のシリコンダ
イヤフラムの前記外側面に負荷される前記第１及び第２
の圧力の変化により前記第１及び第２のシリコンダイヤ
フラムを湾曲変位させ、これにより前記センサの静電容
量を変化させる工程と、
前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムの少なくとも
一方に過圧力が負荷されたときに、該一方のシリコンダ
イヤフラムが他方のシリコンダイヤフラムに当接し、こ
れにより、前記一方のシリコンダイヤフラムに所定値を
越える剛性を付与し、前記他方のシリコンダイヤフラム
を前記一方のシリコンダイヤフラムに対して支持手段と
して機能させる工程とから構成される、
ことを特徴とする差動容量型圧力センサの対過圧力保護
方法が提供される。Further, according to the second configuration of the present invention, the first conductive silicon base has a pressure port into which the first pressure to be measured is introduced, and an outer surface to which the first pressure is applied. a first conductive silicon diaphragm capable of bending and displacing in response to changes in the first pressure applied to the outer surface; and a non-conductive silicon diaphragm connecting the first silicon base and the first silicon diaphragm. a conductive first spacer; and an evacuated reference chamber formed in association with a surface opposite the outer surface of the first silicon diaphragm; A method for protecting a differential capacitance type pressure sensor against overpressure, the capacitance of which changes by bending due to a change in the first pressure applied to the outer surface, the second pressure being measured. providing a second conductive silicon base having a pressure port into which the second conductive silicon base is introduced; and having an outer surface facing the pressure port of the second silicon base, the second conductive silicon base being loaded onto the outer surface. providing a second conductive silicon diaphragm capable of bending in response to changes in pressure; and disposing a second conductive silicon diaphragm between the second silicon base and the second silicon diaphragm, providing a non-conductive second spacer forming an outer wall connecting two silicon diaphragms; and disposed between the first and second silicon diaphragms to connect the first and second silicon diaphragms to each other are connected so as to be arranged parallel to each other at a predetermined distance apart, and
providing a non-conductive third spacer that cooperates with the first and second silicon diaphragms to define an evacuated reference chamber; said first and second loads applied to said outer surface of said silicon diaphragm
bending the first and second silicon diaphragms due to a change in pressure, thereby changing the capacitance of the sensor; and applying overpressure to at least one of the first and second silicon diaphragms. When the silicon diaphragm is pressed, the one silicon diaphragm contacts the other silicon diaphragm, thereby imparting rigidity exceeding a predetermined value to the one silicon diaphragm and causing the other silicon diaphragm to contact the one silicon diaphragm. Provided is a method for protecting a differential capacitance type pressure sensor against overpressure, comprising the steps of: causing the pressure sensor to function as a support means.
［作 用］
本発明においては、第１及び第２のシリコンダイヤフラ
ムの少なくとも一方に過圧力が負荷されたときに、該一
方のシリコンダイヤフラムが他方のシリコンダイヤフラ
ムに当接する。この結果、他方のシリコンダイヤフラム
が一方のシリコンダイヤフラムに対して支持手段として
機能することとなる。[Function] In the present invention, when overpressure is applied to at least one of the first and second silicon diaphragms, one silicon diaphragm contacts the other silicon diaphragm. As a result, the other silicon diaphragm functions as a support means for one silicon diaphragm.
［実 施 例］
本発明の実施例に係る差動容量型圧力センサの構成及び
その作動内容の理解を容易にするために、従来の単動セ
ンサにつき第１Ａ図を参照して説明する。[Embodiment] In order to facilitate understanding of the configuration and operation of a differential capacitance type pressure sensor according to an embodiment of the present invention, a conventional single-acting sensor will be described with reference to FIG. 1A.
第１Ａ図は、従来のシリコン−ガラス−シリコン型の単
動センサ又はトランスデユーサ１０を示している。ホウ
ケイ酸ガラスより形成される誘電体スペーサ１６がシリ
コンダイヤフラム１１及びシリコンベース１２間に配さ
れている。FIG. 1A shows a conventional silicon-glass-silicon type single-acting sensor or transducer 10. FIG. A dielectric spacer 16 made of borosilicate glass is disposed between the silicon diaphragm 11 and the silicon base 12.
第１Ａ図に示すように、この単動センサ１０は、その外
形において略直方体形状を有する一方、その内部におけ
る作動印形状は円形又は円筒形であることか好ましい。As shown in FIG. 1A, the single-acting sensor 10 has an approximately rectangular parallelepiped shape in its outer shape, while the shape of the operating mark inside thereof is preferably circular or cylindrical.
単動センサ１０は、略正方形の適切にドープ処理された
導電性且っ可撓性のシリコンダイヤフラム１１と、その
下方に位置する適切にドープ処理された導電性のシリコ
ン基板１２とを有し、シリコンダイヤフラム１１及びシ
リコン基板１２間に非導電性の誘電体スペーサ１３が配
されている。また、シリコンダイヤフラムｌｌ、シリコ
ン基板１２及び誘電体スペーサ１３間には、真空排気さ
れ気密状態に保持された基準室１４が画成されている。The single-acting sensor 10 has a generally square suitably doped conductive and flexible silicon diaphragm 11 and a suitably doped conductive silicon substrate 12 located therebeneath. A non-conductive dielectric spacer 13 is arranged between the silicon diaphragm 11 and the silicon substrate 12. Further, a reference chamber 14 is defined between the silicon diaphragm 11, the silicon substrate 12, and the dielectric spacer 13, which is evacuated and maintained in an airtight state.
基準室■４内は、通常、ゼロバキューム（ｚｅｒｏ
ｖａｃｕｕｍ）に設定されるが、より高い基準圧値に設
定してもよい。The inside of the reference room ■4 is normally kept at zero vacuum (zero vacuum).
(vacuum), but it may be set to a higher reference pressure value.
尚、基準室１４内が上記基準圧値に保持されているとき
、シリコンダイヤフラム１１はシリコン基板Ｉ２に対し
て平行となり、両者の間隔は、通常、２マイクロメータ
（ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ）に設定される。Note that when the inside of the reference chamber 14 is maintained at the above-mentioned reference pressure value, the silicon diaphragm 11 is parallel to the silicon substrate I2, and the distance therebetween is normally set to 2 micrometers.
尚、図に示す寸法は、実際の寸法を示すものではなく、
例えば、最大測定荷重５０ｐｓ ｉの圧力センサの場合
、誘電体スペーサ１３又はその壁面１６の厚さは、通常
、９マイクロメータであり、一方、シリコンダイヤフラ
ム１１の厚さは、通常、ｏ、ｏｏｓインチであり、シリ
コン基板１２の厚さは、通常、０．０５０インチである
。Please note that the dimensions shown in the figure do not indicate the actual dimensions.
For example, for a pressure sensor with a maximum measuring load of 50 ps i, the thickness of the dielectric spacer 13 or its walls 16 is typically 9 micrometers, while the thickness of the silicon diaphragm 11 is typically o, oos inches. The thickness of the silicon substrate 12 is typically 0.050 inch.
シリコン基板１２の上面中央には、円形の突出台部１２
λが形成されており、この突出台部１２Ａは、略円筒形
状の基準室Ｉ４内に突出している。At the center of the upper surface of the silicon substrate 12, a circular protrusion 12 is provided.
λ is formed, and this protruding base portion 12A protrudes into the substantially cylindrical reference chamber I4.
尚、突出台部１２Ａの上面には、図示しない絶縁性ガラ
ス薄膜が被覆されている。この絶縁性ガラスｉｌｆ模の
厚さは、通常、０．５マイクロメータと非常に薄いため
、圧力センサ１０の寄生容量に殆ど影響を与えない。尚
、この絶縁性ガラス薄膜は、センサ１０の製造工程にお
いて、誘電体スペーサ１３をシリコン基板１２に取り付
けた後に突出台部１２Ａ上に被覆される。Note that the upper surface of the protruding base portion 12A is coated with an insulating glass thin film (not shown). The thickness of this insulating glass ILF pattern is usually very thin, 0.5 micrometers, so it hardly affects the parasitic capacitance of the pressure sensor 10. Note that this insulating glass thin film is coated on the protruding base portion 12A after the dielectric spacer 13 is attached to the silicon substrate 12 in the manufacturing process of the sensor 10.
このような構成において、圧力センサ１０の周囲圧力が
変化すると、シリコンダイヤフラム！１の上面１７にこ
の圧力変化が作用してシリコンダイヤフラム１１の下方
への湾曲変位積を変化させ、可変コンデンサの極板とし
て機能するシリコンダイヤフラム１１及びシリコン基板
１２間のスペースを変化させる。この結果、センサ１０
の静電容量が変化し、この容量変化に基づいて負荷され
た圧力値及びその変化値を測定することができる。In such a configuration, when the ambient pressure of the pressure sensor 10 changes, the silicon diaphragm! This pressure change acts on the top surface 17 of the silicon diaphragm 11 to change the downward bending displacement product of the silicon diaphragm 11, thereby changing the space between the silicon diaphragm 11 and the silicon substrate 12, which function as the pole plates of the variable capacitor. As a result, sensor 10
The capacitance of the capacitance changes, and based on this capacitance change, the applied pressure value and its change value can be measured.
導線又は電極１８Ａ及び１８Ｂがシリコンダイヤフラム
１１及びシリコン基板■２にそれぞれ接続されており、
これらの導線又は電極を介して、センサ１０を公知の測
定回路に接続することにより、圧力変化ｍの関数として
の容墳変化量が測定される。即ち、周囲圧力が変化する
と、シリコンダイヤフラム！■の湾曲変位Ｍが変化し、
シリコンダイヤフラム１１及びシリコン基板１２間の静
電容量が変化し、この結果、負荷された圧力値が測定可
能な電子信号に変換されることとなる。上述のように、
基準室１４内の圧力が上記基準圧力に保持されている場
合には、通常、シリコンダイヤフラム１１の下面と突出
台部１２Ａの上面との間隙は２マイクロメータとなるよ
うに設定されており、周囲圧力が上昇するにともないシ
リコンダイヤフラム１１が突出台部１２Ａに向かって湾
曲変位するに充分なスペースを確保している。Conductive wires or electrodes 18A and 18B are connected to the silicon diaphragm 11 and the silicon substrate 2, respectively,
By connecting the sensor 10 to known measuring circuits via these conductors or electrodes, the volume change as a function of the pressure change m is measured. That is, when the ambient pressure changes, the silicon diaphragm! The bending displacement M of ■ changes,
The capacitance between the silicon diaphragm 11 and the silicon substrate 12 changes, resulting in the conversion of the applied pressure value into a measurable electronic signal. As mentioned above,
When the pressure inside the reference chamber 14 is maintained at the above-mentioned reference pressure, the gap between the lower surface of the silicon diaphragm 11 and the upper surface of the protruding base portion 12A is normally set to be 2 micrometers, and the gap between the Sufficient space is secured for the silicon diaphragm 11 to curve toward the protruding base portion 12A as the pressure increases.
誘電体スペーサ１３の半径方向に亘る幅は、その厚さを
上述のように９マイクロメータとした場合、０．０３６
インチとすることが一般的である。The width of the dielectric spacer 13 in the radial direction is 0.036 when its thickness is 9 micrometers as described above.
It is generally measured in inches.
一方、この場合、突出台部１２Ａに被覆される絶縁性ガ
ラス薄膜の厚さは、上述のように、０，５マイクロメー
タに設定される。突出台１１ ２Ａのシリコン基板１２
’上面からの厚さは、６．５マイクロメータに設定され
ており、一方、その直径は０．１５０インチに設定され
ている。On the other hand, in this case, the thickness of the insulating glass thin film covering the protruding base portion 12A is set to 0.5 micrometers, as described above. Protruding base 11 2A silicon substrate 12
'The thickness from the top is set to 6.5 micrometers, while its diameter is set to 0.150 inches.
通常、シリコンダイヤフラム１１及びシリコン基板Ｉ２
の形状は正方形とされるが、図に示すように、電気接点
を設けるためにその角部を割愛してもよい。上記正方形
の対角線の長さは、通常、０．２６０インチに設定され
、一方、誘電体スペーサ１３の内径は、０．１９０イン
チに設定される。尚、誘電体スペーサ１３の壁面１６の
形状は、シリコンダイヤフラムＩｆ又はシリコン基板Ｉ
２の対応壁面と整合するように構成してもよいが、誘電
体スペーサ１３を円環形状としてもよい。Usually, a silicon diaphragm 11 and a silicon substrate I2
Although the shape is square, the corners may be omitted to provide electrical contacts, as shown in the figure. The diagonal length of the square is typically set to 0.260 inches, while the inner diameter of the dielectric spacer 13 is set to 0.190 inches. Note that the shape of the wall surface 16 of the dielectric spacer 13 is the shape of the silicon diaphragm If or the silicon substrate I.
Although the dielectric spacer 13 may be configured to align with the corresponding wall surface of No. 2, the dielectric spacer 13 may have an annular shape.
連結部材１８がガラスプレート２０を介してシリコンダ
イヤフラムｌ！の上面１７に接合されており、この連結
部材１８には圧力ポート１９が形成されている。測定さ
れる圧力は、この圧力ポートを介してシリコンダイヤフ
ラム１１と連絡する。The connecting member 18 connects to the silicon diaphragm l! via the glass plate 20! A pressure port 19 is formed in this connecting member 18 . The measured pressure communicates with the silicon diaphragm 11 through this pressure port.
一方、センサ１０は、適用される対象に応じて適切な方
法にて装着される。On the other hand, the sensor 10 is mounted in an appropriate manner depending on the object to which it is applied.
次に、本発明の実施例である差動容量型圧力センサにつ
いて第１図を参照して説明する。Next, a differential capacitance type pressure sensor which is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
シリコン−オン−シリコン型の差動容量型圧力センサ１
１０は、略円筒形状に構成されており、対向して配され
た２枚のシリコンダイヤフラム１１１Ａ及び１１ＩＢを
備えている。シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１Ｉ
Ｂは、相互に独立して機能するように配されており、各
シリコンダイヤフラムは、可撓性、弾性及び導電性を有
している。シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１１Ｂ
は、その周縁部において静電結合により固定されており
、また、シリコンダイヤフラム１１ＩＡは導電性のシリ
コンベース１１２Ａ及び圧力ポート１１９Ａを有してお
り、一方、シリコンダイヤフラム１１ＩＢは導電性のシ
リコンベース１１２Ｂ及び圧力ポート１１９Ｂを有して
いる。ここで、少なくともベース１１２Ａ及び１１２Ｂ
は導電性のシリコンにより形成することが好ましい。真
空排気された気密状態の基準室１１４が両シリコンダイ
ヤフラム１１ＩＡ及び１１１８間に形成されており、こ
の基準室１１４内は、通常、ゼロバキューム（完全真空
）に設定されるが、より高い基準圧値に設定してもよい
。両シリコンダイヤフラム１１１Ａ及び１１１８間の距
離は、圧力ポート１１９Ａ及び１１９Ｂにおける圧力が
とらにゼロバキューム（ｐｔ＝ｐ２＝ｏ）で基準室１１
４内の基準圧力と同一であるか、他の圧力値であって基
準室内の基準圧力と同一である場合には、通常、２マイ
クロメータとなるように設定されている。Silicon-on-silicon differential capacitance pressure sensor 1
10 has a substantially cylindrical shape and includes two silicon diaphragms 111A and 11IB arranged opposite to each other. Silicon diaphragm 11IA and 11I
B are arranged to function independently of each other, and each silicon diaphragm has flexibility, elasticity, and conductivity. Silicon diaphragm 11IA and 111B
is fixed by capacitive coupling at its periphery, and the silicon diaphragm 11IA has a conductive silicon base 112A and a pressure port 119A, while the silicon diaphragm 11IB has a conductive silicon base 112B and a pressure port 119A. It has a pressure port 119B. Here, at least bases 112A and 112B
is preferably made of conductive silicon. An evacuated airtight reference chamber 114 is formed between both silicon diaphragms 11IA and 1118, and the inside of this reference chamber 114 is normally set to zero vacuum (complete vacuum), but a higher reference pressure value may be used. It may be set to The distance between both silicon diaphragms 111A and 1118 is such that the pressure at pressure ports 119A and 119B is at zero vacuum (pt=p2=o) and the reference chamber 11
If the pressure is the same as the reference pressure in the reference chamber 4 or has another pressure value and is the same as the reference pressure in the reference chamber, it is usually set to 2 micrometers.
尚、基準室内を完全真空としたときには、シリコンダイ
ヤフラム１ｌＩＡ、１１１Ｂの厚さを非常に薄く（例え
ば、最大測定圧力０．１ｐｓｉの圧力センサの場合、０
．００１インチ）設定することにより、絶対圧力Ｏに近
い、即ち非常に小さい差圧を測定することが可能である
。例えば、本出願人所有の米国特許第４，５１７，６２
２号に開示されたオシレータ回路を用いることにより、
０．０Ｏ１ｐｓ＋の差圧を測定することができる。Note that when the reference chamber is completely evacuated, the thickness of the silicon diaphragms 1lIA and 111B should be very thin (for example, in the case of a pressure sensor with a maximum measurement pressure of 0.1 psi,
．． 001 inches), it is possible to measure differential pressures close to the absolute pressure O, that is, very small. For example, commonly owned U.S. Pat. No. 4,517,62
By using the oscillator circuit disclosed in No. 2,
A differential pressure of 0.0O1ps+ can be measured.
また、周囲圧力が高い状況において小さな差圧を測定す
る場合には、基準室内を真空排気せずに、測定される周
囲圧力の範囲内の値を基準室内の圧力として設定するこ
とが好ましい。Further, when measuring a small differential pressure in a situation where the ambient pressure is high, it is preferable to set a value within the range of the ambient pressure to be measured as the pressure in the reference chamber without evacuating the reference chamber.
円環形状のガラスサポータ１１６Ａがシリコンダイヤフ
ラムｌ １ 、Ｉ Ａ及びそのシリコンベース１Ｊ２Ａ
間に配されており、また、円環形状のガラスサポータ１
１６Ｂがシリコンダイヤフラム１１１Ｂ及びそのシリコ
ンベース１１２Ｂ間に配されており、同様に、円環形状
のガラスサポータｌ！６Ｃが両シリコンダイヤフラム１
１ＩＡ及び１１１Ｂ間に配されている。各ガラスサポー
タの高さ又は厚さは、６マイクロメータに設定される。An annular glass supporter 116A is attached to silicon diaphragm l 1 , IA and its silicon base 1J2A.
An annular glass supporter 1 is arranged between the
16B is disposed between the silicon diaphragm 111B and its silicon base 112B, and similarly an annular glass supporter l! 6C is both silicon diaphragm 1
It is placed between 1IA and 111B. The height or thickness of each glass supporter is set at 6 micrometers.
尚、図から明らかなように、両シリコンダイヤフラム１
１１Ａ、１１ＩＢ及びガラスサポータ１１６Ｃにより基
準室＋１４が画成され、気密状態に保持される。Furthermore, as is clear from the figure, both silicon diaphragms 1
A reference chamber +14 is defined by 11A, 11IB and the glass supporter 116C, and is maintained in an airtight state.
第１Ａ図に示す導線又は電極１８Ａ及び１８Ｂと同様の
導線又は電極がシリコンダイヤフラム１１１Ａ及び１１
ＩＢ並びにシリコンベース１１２Ａ及び１１２Ｂに接続
されており、これによりセンサ１１０を適切な測定回路
に接続し、シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及びシリコン
ベース１１２Ａ間、並びにシリコンダイヤフラム１１Ｉ
Ｂ及びシリコンベース１１２Ｂ間のそれぞれの静電容量
変化を測定する。尚、この場合、容量変化は、対応する
導入圧力ＰＩ及びＰ２の逆関数となる。さらにまた、両
シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１１Ｂ間の容量変
化も測定される。即ち、導入圧力Ｐ１及びＰ２の変化は
対応する圧力ポート１１９Ａ及び１１９Ｂを介してシリ
コンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１ＩＢの圧力作用面！
１７Ａ及び１１７Ｂに作用し、対応するシリコンダイヤ
フラムを湾曲変位させる。この結果、両シリコンダイヤ
フラム間の静電容量、並びに、シリコンダイヤフラム１
１１Ａ及び１１ＩＢと対応するシリコンベース１１２Ａ
及び１１２Ｂ間の容量が変化し、負荷された圧力ＰＩ及
びＰ２がそれぞれ測定可能な電子信号に変換される。こ
のようにして、導入圧力ＰＩ及びＰ２の差圧による容量
変化が、両シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１１８
間、シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及びシリコンベース
１１２Ａ間、そして、シリコンダイヤフラム１１１Ｂ及
びシリコンベース１１２Ｂ間において測定される。Conductive wires or electrodes similar to those shown in FIG. 1A are connected to silicon diaphragms 111A and 11.
IB and the silicon bases 112A and 112B, thereby connecting the sensor 110 to appropriate measurement circuitry, between the silicon diaphragm 11IA and the silicon base 112A, and between the silicon diaphragm 11I
The capacitance changes between B and silicon base 112B are measured. Note that in this case, the capacitance change is an inverse function of the corresponding introduction pressures PI and P2. Furthermore, the capacitance change between both silicon diaphragms 11IA and 111B is also measured. That is, changes in the introduced pressures P1 and P2 are applied to the pressure acting surfaces of the silicon diaphragms 11IA and 11IB via the corresponding pressure ports 119A and 119B!
17A and 117B to bend and displace the corresponding silicon diaphragms. As a result, the capacitance between both silicon diaphragms and the silicon diaphragm 1
Silicon base 112A corresponding to 11A and 11IB
and 112B changes, and the applied pressures PI and P2 are converted into measurable electronic signals, respectively. In this way, the capacitance change due to the pressure difference between the introduction pressures PI and P2 is
The measurements are taken between the silicon diaphragm 11IA and the silicon base 112A, and between the silicon diaphragm 111B and the silicon base 112B.
ここで、シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１１Ｂの
一方に対応する圧力ポートを介して過圧力が負荷された
と仮定すると、当該シリコンダイヤフラムは湾曲してた
わみ、他の一方のシリコンダイヤフラムと当接する。こ
の結果、一対のシリコンダイヤフラムを上述のように構
成することにより、シリコンダイヤフラムが１枚の場合
に比して数倍の剛性を得ることが可能となる。Assuming that an overpressure is applied to one of the silicon diaphragms 11IA and 111B through the corresponding pressure port, the silicon diaphragm bends and comes into contact with the other silicon diaphragm. As a result, by configuring the pair of silicon diaphragms as described above, it is possible to obtain several times the rigidity compared to the case where only one silicon diaphragm is used.
圧力ポート１１９Ａ及び１１９Ｂのシリコンダイヤフラ
ム側には、対応するシリコンダイヤフラムに向かう突出
部＋ １５Ａ及び１１５Ｂが形成されている。各突出部
の先端と対応するシリコンダイヤフラムとの距離は、両
シリコンダイヤフラム１１１Ａ及び１１１Ｂ間の距離と
同−又は若干長く設定される。この突出部１１５Ａ及び
１１５Ｂは対応するシリコンダイヤフラムのストッパと
して機能し、この結果、一対のシリコンダイヤフラムの
剛性をさらに高めることが可能となり、選択されたシリ
コンダイヤフラムの厚さに対応する公称範囲を越える圧
力に対しても耐えることが可能となる。Protrusions 15A and 115B are formed on the silicon diaphragm side of the pressure ports 119A and 119B toward the corresponding silicon diaphragms. The distance between the tip of each protrusion and the corresponding silicon diaphragm is set to be the same as or slightly longer than the distance between both silicon diaphragms 111A and 111B. These protrusions 115A and 115B act as stops for the corresponding silicon diaphragm, thus making it possible to further increase the stiffness of the pair of silicon diaphragms, thereby increasing the pressure beyond the nominal range corresponding to the selected silicon diaphragm thickness. It is also possible to withstand
尚、上記ストッパ１１５Ａ及び１１５Ｂは、対応するシ
リコンベース又は圧力ポートを放電機械加工、エツチン
グ又は他の適切な方法により加工することにより形成す
ることができる。また、環状ガラスサポータ１１６Ａ、
Ｂ、Ｃは、ホウケイ酸ガラスにより形成することが可能
であり、その厚さは、静電結合において一般的に用いら
れている約６乃至９マイクロメータとすることが好まし
い。シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１ＩＢ上の主
要部＋１１ＡＡ及び１１ＩＢＡは、シリコン部材を反復
して酸化処理し、この反復される酸化処理工程間におい
て酸化物をエツチングする方法、又は、シリコン部材を
エツチングする方法、又は、所定の大きさのシリコン部
材を上記主要部においてシリコンダイヤフラムに接着し
て複合構造とする方法等により形成することが可能であ
る。The stoppers 115A and 115B can be formed by machining the corresponding silicon bases or pressure ports by electrical discharge machining, etching, or other suitable methods. In addition, annular glass supporter 116A,
B and C can be formed from borosilicate glass, preferably having a thickness of about 6 to 9 micrometers, which is commonly used in capacitive bonding. The main parts +11AA and 11IBA on the silicon diaphragms 11IA and 11IB are formed by a method of repeatedly oxidizing a silicon member and etching the oxide between the repeated oxidation treatment steps, or a method of etching the silicon member. It is possible to form a composite structure by bonding a silicon member of a predetermined size to the silicon diaphragm at the main portion.
尚、略円筒形状のセンサ１１０の内径は、例えば、０．
１９０インチとし、各圧力ポート＋１９Ａ、１１９Ｂの
内径は０．０７５インチに設定する。また、各ストッパ
１１５Ａ、１１５Ｂの対応するシリコンダイヤフラム方
向への突出長さを０６００５インチとし、その外径を０
．１２５インチに設定する。さらにまた、各ストッパ１
１５Ａ。Note that the inner diameter of the substantially cylindrical sensor 110 is, for example, 0.
The inner diameter of each pressure port +19A and 119B is set to 0.075 inch. In addition, the protrusion length of each stopper 115A, 115B toward the corresponding silicon diaphragm is 06005 inches, and its outer diameter is 0.
．． Set to 125 inches. Furthermore, each stopper 1
15A.
１１５Ｂの先端と対応するシリコンダイヤフラムとの距
離は、例えば、２マイクロメータに設定する。これらの
寸法は、いずれも−例を示すものであり、状況に応じて
種々の変更が可能である。The distance between the tip of 115B and the corresponding silicon diaphragm is set to, for example, 2 micrometers. All of these dimensions are examples, and various changes can be made depending on the situation.
尚、図においては、シリコンダイヤフラム１１ＩＡ及び
１１１Ｂが水平に配されているように示しであるが、シ
リコンダイヤフラム１１ＩＡ及び１１１Ｂは垂直に配す
ることも可能であるし、また、水平方向に対して鋭角に
配することも可能である。この場合、関連部材の配置関
係も同様に変更することが可能であることは言うまでも
ない。In the figure, the silicon diaphragms 11IA and 111B are shown to be arranged horizontally, but the silicon diaphragms 11IA and 111B can also be arranged vertically, or at an acute angle with respect to the horizontal direction. It is also possible to place it in In this case, it goes without saying that the arrangement of the related members can be similarly changed.
以上、本発明を実施例に基づいて説明してきたが、本発
明は、上記実施例の構成に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲に含まれる全ての変形、変更を含むも
のであり、従って、特許請求の範囲に記載した要件を満
足する全ての構成は本発明に含まれるものである。Although the present invention has been described above based on examples, the present invention is not limited to the configuration of the above-mentioned examples, and includes all modifications and changes that fall within the scope of the gist of the present invention. Therefore, all configurations that satisfy the requirements set forth in the claims are included in the present invention.
例えば、シリコンダイヤフラム１１ＩＡ、１１１Ｂ間の
ガラススペーサ１１６Ｃにエツチングに上り流路を形成
し、これに制御バルブを備えた圧力ポートを取り付ける
ことにより、基準室内の圧力を変えることが可能である
。基準室内の圧力を制御することにより、例えば、最大
差圧０．１ｐｓｉ測定用のシリコンダイヤフラムを用い
て、広範囲の周囲圧力を測定することが可能となる。ま
た、シリコンダイヤフラム１１ＩＡ、１１ＩＢの剛性、
即ち、負荷される圧力に対する応答性は同一に設定する
ことが好ましいが、これを異なる値に設定しコンピュー
タ等により較正処理を行うように構成することも可能で
ある。For example, it is possible to change the pressure within the reference chamber by etching an upward flow path into the glass spacer 116C between the silicon diaphragms 11IA and 111B and attaching a pressure port with a control valve to this. By controlling the pressure within the reference chamber, it is possible to measure a wide range of ambient pressures using, for example, a silicon diaphragm for measuring a maximum differential pressure of 0.1 psi. In addition, the rigidity of silicon diaphragms 11IA and 11IB,
That is, although it is preferable to set the responsiveness to the applied pressure to be the same, it is also possible to set this to a different value and perform a calibration process using a computer or the like.
［効 果］
本発明においては、第１及び第２のシリコンダイヤフラ
ムの少なくとも一方に過圧力が負荷されたときに、該一
方のシリコンダイヤフラムが他方のシリコンダイヤフラ
ムに当接し、この結果、他方のシリコンダイヤフラムが
一方のシリコンダイヤフラムに対して支持手段として機
能することになるため、シリコンダイヤフラムの湾曲変
位量が所定限界値を越えて損壊することを防止すること
が可能となる。[Effect] In the present invention, when overpressure is applied to at least one of the first and second silicon diaphragms, one silicon diaphragm contacts the other silicon diaphragm, and as a result, the other silicon diaphragm contacts the other silicon diaphragm. Since the diaphragm functions as a support means for one silicon diaphragm, it is possible to prevent the silicon diaphragm from being damaged due to the amount of bending displacement exceeding a predetermined limit value.
第１図は、本発明の実施例に基づく差動容量型圧力セン
サを示す断面図であり、第１Ａ図は、従来の単動容量型
圧力センサを示す斜視図である。
１１０ 、、、差動容量型圧力センサ１１１Ａ
、、、 シリコンダイヤフラム Ｂ
Ａ
Ｂ
Ａ
Ｂ
６Δ
Ｂ
Ｃ
Ａ
Ｂ
シリコンダイヤフラム
シリコンベース
シリコンベース
基準室
ストッパ
ストッパ
スペーサ
スペーサ
スペーサ
圧力ポート
圧力ポートFIG. 1 is a cross-sectional view showing a differential capacitive pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1A is a perspective view showing a conventional single-acting capacitive pressure sensor. 110, differential capacitance pressure sensor 111A
,,, Silicon diaphragm B A B A B 6Δ B C A B Silicon diaphragm Silicon base Silicon base Reference chamber Stopper Stopper Spacer Spacer Spacer Pressure port Pressure port
Claims (14)
第１の導電性シリコンベースと、該第１の導電性シリコ
ンベースの前記圧力ポートに対向する外側面を有し、該
外側面に負荷される前記第１の圧力の変化に応じて湾曲
変位可能であるとともに、導電性、可撓性及び弾性を有
する第１のシリコンダイヤフラムと、 前記第１のシリコンベースと前記第１のシリコンダイヤ
フラム間に配されて、前記第１のシリコンベースと前記
第１のシリコンダイヤフラムを連結する外壁を形成する
非導電性の第１のスペーサと、 測定される第２の圧力が導入される圧力ポートを有する
第２の導電性シリコンベースと、該第２の導電性シリコ
ンベースの前記圧力ポートに対向する外側面を有し、該
外側面に負荷される前記第２の圧力の変化に応じて湾曲
変位可能であるとともに、導電性、可撓性及び弾性を有
する第２のシリコンダイヤフラムと、 前記第２のシリコンベースと前記第２のシリコンダイヤ
フラム間に配されて、前記第２のシリコンベースと前記
第２のシリコンダイヤフラムを連結する外壁を形成する
非導電性の第２のスペーサと、 前記第１及び第２のシリコンダイヤフラム間に配されて
、前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムを相互に所
定距離離間して平行に配するように連結する非導電性の
第３のスペーサとから成り、 該第３のスペーサと前記第１及び第２のシリコンダイヤ
フラムにより真空排気された基準室が画成されるととも
に、 前記圧力ポートを介して前記第１及び第２のシリコンダ
イヤフラムの前記外側面に負荷される前記第１及び第２
の圧力の変化により前記第１及び第２のシリコンダイヤ
フラムが湾曲変位し、これにより前記センサの静電容量
が変化し、 前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムの少なくとも
一方に過圧力が負荷されたときに、該一方のシリコンダ
イヤフラムが他方のシリコンダイヤフラムに当接し、こ
れにより、前記一方のシリコンダイヤフラムに所定値を
越える剛性が付与され、前記他方のシリコンダイヤフラ
ムが前記一方のシリコンダイヤフラムに対して支持手段
として機能するように構成される、 ことを特徴とする差動容量型圧力センサ。(1) A differential capacitance type pressure sensor, comprising: a first conductive silicone base having a pressure port into which a first pressure to be measured is introduced; and the pressure port of the first conductive silicone base. a first silicon diaphragm having opposing outer surfaces, capable of bending and displacing in response to changes in the first pressure applied to the outer surfaces, and having conductivity, flexibility, and elasticity; a non-conductive first spacer disposed between a first silicon base and the first silicon diaphragm and forming an outer wall connecting the first silicon base and the first silicon diaphragm; a second conductive silicone base having a pressure port into which a second pressure is introduced; and an outer surface facing the pressure port of the second conductive silicone base, and a load is applied to the outer surface. a second silicon diaphragm capable of bending in response to changes in the second pressure and having conductivity, flexibility, and elasticity; and a second silicon diaphragm disposed between the second silicon base and the second silicon diaphragm. a non-conductive second spacer forming an outer wall connecting the second silicon base and the second silicon diaphragm; a non-conductive second spacer disposed between the first and second silicon diaphragms; a non-conductive third spacer connecting the first and second silicon diaphragms so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance and arranged in parallel; the third spacer and the first and second silicon diaphragms; defines an evacuated reference chamber, and the first and second silicon diaphragms are loaded onto the outer surfaces of the first and second silicon diaphragms through the pressure ports.
The first and second silicon diaphragms are bent and displaced due to a change in pressure, thereby changing the capacitance of the sensor, and overpressure is applied to at least one of the first and second silicon diaphragms. At times, the one silicon diaphragm abuts the other silicon diaphragm, thereby imparting rigidity exceeding a predetermined value to the one silicon diaphragm, and the other silicon diaphragm is supported with respect to the one silicon diaphragm. A differential capacitive pressure sensor configured to function as a means.
記外側面の中心部に近接離間してストッパが設けられて
おり、これにより、前記一方のシリコンダイヤフラムの
所定値を越える湾曲変位が禁止されるように構成される
ことを特徴とする請求項（１）に記載の差動容量型圧力
センサ。(2) A stopper is provided at least close to and spaced apart from the center of the outer surface of the other silicon diaphragm, so that the bending displacement of the one silicon diaphragm exceeding a predetermined value is prohibited. The differential capacitance type pressure sensor according to claim 1, characterized in that:
ラムの前記外側面から、前記所定距離よりも大きい距離
だけ離間して配されることを特徴とする請求項（２）に
記載の差動容量型圧力センサ。(3) The differential capacitance type pressure according to claim (2), wherein the stopper is spaced apart from the outer surface of the corresponding silicon diaphragm by a distance greater than the predetermined distance. sensor.
ることを特徴とする請求項（１）乃至（３）のいずれか
に記載の差動容量型圧力センサ。(4) The differential capacitance type pressure sensor according to any one of claims (1) to (3), wherein the differential capacitance type pressure sensor has a substantially cylindrical shape.
状を有することを特徴とする請求項（１）乃至（４）の
いずれかに記載の差動容量型圧力センサ。(5) The differential capacitance type pressure sensor according to any one of claims (1) to (4), wherein each of the first to third spacers has an annular shape.
前記第１及び第２のシリコンベースは、それぞれ個別に
電気的に接続されており、前記第１及び第２のシリコン
ダイヤフラム間の静電容量の変化、及び前記第１及び第
２のシリコンダイヤフラムの少なくとも一方とこれに対
応するシリコンベース間の静電容量の変化が電気的に測
定されることを特徴とする請求項（１）乃至（５）のい
ずれかに記載の差動容量型圧力センサ。(6) The first and second silicon diaphragms and the first and second silicon bases are each individually electrically connected, and the capacitance between the first and second silicon diaphragms is Claims (1) to (5) characterized in that the change in capacitance between at least one of the first and second silicon diaphragms and the corresponding silicon base is electrically measured. The differential capacitance type pressure sensor according to any one of the above.
離は約２マイクロメータであることを特徴とする請求項
（１）乃至（６）のいずれかに記載の差動容量型圧力セ
ンサ。(7) The differential capacitance type pressure sensor according to any one of claims (1) to (6), wherein the predetermined distance is about 2 micrometers when the pressure in the reference chamber is a reference value. .
れており、前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムの
一方が前記排気システムの排気ガス圧を負荷される一方
、他方のシリコンダイヤフラムが大気圧を負荷されるこ
とを特徴とする請求項（１）乃至（７）に記載の差動容
量型圧力センサ。(8) The sensor is provided in an exhaust system of the engine, and one of the first and second silicon diaphragms is loaded with exhaust gas pressure of the exhaust system, while the other silicon diaphragm is loaded with atmospheric pressure. The differential capacitance type pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor is loaded.
ムが前記排気システム内においてバックファイアによる
過圧力を負荷されたときに、前記第１及び第２のシリコ
ンダイヤフラムが当接するように充分に短く設定されて
いることを特徴とする請求項（８）に記載の差動容量型
圧力センサ。(9) The predetermined distance is set to be sufficiently short so that the first and second silicon diaphragms come into contact when the one silicon diaphragm is loaded with overpressure due to backfire in the exhaust system. The differential capacitance type pressure sensor according to claim 8, characterized in that:
を有する第１の導電性シリコンベースと、前記第１の圧
力が負荷される外側面を有し、該外側面に負荷される前
記第１の圧力の変化に応じて湾曲変位可能な第１の導電
性シリコンダイヤフラムと、 前記第１のシリコンベースと前記第１のシリコンダイヤ
フラムとを連結する非導電性の第１のスペーサと、 前記第１のシリコンダイヤフラムの前記外側面と反対側
の面と関連して形成される真空排気された基準室とを有
し、 前記第１のシリコンダイヤフラムが前記外側面に負荷さ
れる前記第１の圧力の変化により湾曲変位することによ
り、その静電容量が変化する差動容量型圧力センサの対
過圧力保護方法であって、測定される第２の圧力が導入
される圧力ポートを有する第２の導電性シリコンベース
を設ける工程と、 前記第２のシリコンベースの前記圧力ポートに対向する
外側面を有し、該外側面に負荷される前記第２の圧力の
変化に応じて湾曲変位可能な第２の導電性シリコンダイ
ヤフラムを設ける工程と、前記第２のシリコンベースと
前記第２のシリコンダイヤフラム間に配されて、前記第
２のシリコンベースと前記第２のシリコンダイヤフラム
を連結する外壁を形成する非導電性の第２のスペーサを
設ける工程と、 前記第１及び第２のシリコンダイヤフラム間に配されて
、前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムを相互に所
定距離離間して平行に配するように連結するとともに、
前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムと協働して真
空排気された基準室を画成する非導電性の第３のスペー
サを設ける工程と、 前記圧力ポートを介して前記第１及び第２のシリコンダ
イヤフラムの前記外側面に負荷される前記第１及び第２
の圧力の変化により前記第１及び第２のシリコンダイヤ
フラムを湾曲変位させ、これにより前記センサの静電容
量を変化させる工程と、 前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムの少なくとも
一方に過圧力が負荷されたときに、該一方のシリコンダ
イヤフラムが他方のシリコンダイヤフラムに当接し、こ
れにより、前記一方のシリコンダイヤフラムに所定値を
越える剛性を付与し、前記他方のシリコンダイヤフラム
を前記一方のシリコンダイヤフラムに対して支持手段と
して機能させる工程とから構成される、 ことを特徴とする差動容量型圧力センサの対過圧力保護
方法。(10) a first conductive silicone base having a pressure port into which a first pressure to be measured is introduced; and an outer surface to which the first pressure is applied; a first electrically conductive silicon diaphragm that can be bent in response to a change in the first pressure; a non-conductive first spacer that connects the first silicon base and the first silicon diaphragm; an evacuated reference chamber formed in association with a surface opposite the outer surface of a first silicon diaphragm, the first silicon diaphragm being loaded onto the outer surface; A method for protecting a differential capacitance type pressure sensor from overpressure, the capacitance of which changes by bending due to a change in pressure, the second pressure sensor having a pressure port into which a second pressure to be measured is introduced. providing a conductive silicone base having an outer surface facing the pressure port of the second silicone base and capable of bending in response to changes in the second pressure applied to the outer surface; providing a second conductive silicon diaphragm; and forming an outer wall disposed between the second silicon base and the second silicon diaphragm to connect the second silicon base and the second silicon diaphragm. a second non-conductive spacer disposed between the first and second silicon diaphragms, the first and second silicon diaphragms being spaced apart from each other by a predetermined distance and arranged in parallel; In addition to connecting like this,
providing a non-conductive third spacer that cooperates with the first and second silicon diaphragms to define an evacuated reference chamber; the first and second loads applied to the outer surface of the silicon diaphragm;
bending the first and second silicon diaphragms due to a change in pressure, thereby changing the capacitance of the sensor; and applying overpressure to at least one of the first and second silicon diaphragms. When the silicon diaphragm is pressed, the one silicon diaphragm contacts the other silicon diaphragm, thereby imparting rigidity exceeding a predetermined value to the one silicon diaphragm and causing the other silicon diaphragm to contact the one silicon diaphragm. A method for protecting a differential capacitance type pressure sensor against overpressure, comprising the step of: causing the pressure sensor to function as a support means.
静電容量の変化、及び前記第１及び第２のシリコンダイ
ヤフラムの少なくとも一方とこれに対応する前記シリコ
ンベース間の静電容量の変化を測定する工程を含むこと
を特徴とする請求項（１０）に記載の差動容量型圧力セ
ンサの対過圧力保護方法。(11) Measure the change in capacitance between the first and second silicon diaphragms and the change in capacitance between at least one of the first and second silicon diaphragms and the corresponding silicon base. The overpressure protection method for a differential capacitance type pressure sensor according to claim 10, comprising the step of:
前記外側面の中心部に近接離間してストッパを設ける工
程を含み、これにより、前記一方のシリコンダイヤフラ
ムの所定値を越える湾曲変位を禁止することを特徴とす
る請求項（１０）又は（１１）に記載の差動容量型圧力
センサの対過圧力保護方法。(12) At least the step includes the step of providing a stopper close to and spaced from the center of the outer surface of the other silicon diaphragm, thereby inhibiting the bending displacement of the one silicon diaphragm exceeding a predetermined value. The overpressure protection method for a differential capacitance type pressure sensor according to claim (10) or (11).
、前記第１及び第２のシリコンダイヤフラムの一方に前
記排気システムの排気ガス圧を負荷し、他方のシリコン
ダイヤフラムに大気圧を負荷する工程を含むことを特徴
とする請求項（１０）乃至（１２）のいずれかに記載の
差動容量型圧力センサの対過圧力保護方法。(13) The sensor is provided in the exhaust system of the engine, and includes the step of applying exhaust gas pressure of the exhaust system to one of the first and second silicon diaphragms, and applying atmospheric pressure to the other silicon diaphragm. The overpressure protection method for a differential capacitance type pressure sensor according to any one of claims (10) to (12).
イアによる過圧力が負荷されたときに、前記第１及び第
２のシリコンダイヤフラムが相互に当接するように、前
記所定距離を充分に短く設定する工程を含むことを特徴
とする請求項（１３）に記載の差動容量型圧力センサの
対過圧力保護方法。(14) Setting the predetermined distance sufficiently short so that the first and second silicon diaphragms come into contact with each other when overpressure due to backfire is applied to the one silicon diaphragm. The overpressure protection method for a differential capacitance type pressure sensor according to claim 13.
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